Czym jest ZnAl (ZAMAK)? Właściwości stopu ZL-5 i jego zastosowania w przemyśle

ZnAl to potoczna nazwa grupy stopów cynku z aluminium, znanych na świecie pod nazwą handlową ZAMAK (od niemieckich nazw składników: Zink, Aluminium, Magnesium, Kupfer). To jeden z najczęściej stosowanych materiałów w odlewnictwie ciśnieniowym. Z ZAMAK-u powstają okucia meblowe, elementy okien, części AGD, obudowy i złączki elektrotechniczne.

W tym artykule wyjaśniamy, z czego składa się stop, co oznacza symbol ZL-5, jakie ma właściwości i kiedy warto go wybrać.

Skład chemiczny stopu ZnAl

Stopy ZAMAK zawierają około 96% cynku. Resztę stanowią dodatki, z których każdy ma konkretną rolę:

  • Aluminium (ok. 3,8–4,2%) poprawia lejność, wytrzymałość i ogranicza reakcję ciekłego stopu ze stalą formy.
  • Miedź (w ZnAl4Cu1 ok. 0,7–1,1%) podnosi wytrzymałość i twardość, kosztem niewielkiego spadku plastyczności.
  • Magnez (setne części procenta) przeciwdziała korozji międzykrystalicznej.

Bardzo ważna jest czystość stopu. Ołów, kadm i cyna nawet w ilościach rzędu tysięcznych części procenta pogarszają odporność odlewów na korozję. Dlatego odlewnie pracują na wlewkach z atestem, a nie na złomie nieznanego pochodzenia.

Co oznacza symbol ZL-5?

W polskiej praktyce przemysłowej stop odlewniczy oznacza się często symbolem ZL-5. Odpowiada on grupie ZnAl4Cu1, czyli stopowi znanemu w obrocie międzynarodowym jako Zamak 5. Ten sam materiał w normie europejskiej PN-EN 1774 ma oznaczenie ZP5 (ZP0410).

Na rysunkach technicznych spotkasz wszystkie te nazwy zamiennie. Przy zamawianiu odlewów warto podać oznaczenie z normy, a odlewnię poprosić o atest materiałowy dla partii. Różnice między poszczególnymi stopami cynku opisujemy w artykule Zamak 3, Zamak 5, ZL-5 – różnice.

Właściwości mechaniczne i fizyczne

Poniżej typowe wartości dla stopu ZnAl4Cu1 odlewanego ciśnieniowo. Rzeczywiste parametry detalu zależą od jego geometrii, grubości ścianek i warunków odlewania.

ParametrWartość typowa
Gęstośćok. 6,6–6,7 g/cm³
Temperatura topnieniaok. 380–390°C
Wytrzymałość na rozciąganie Rmok. 330 MPa
Wydłużenieok. 7%
Twardośćok. 90 HB
Przewodność cieplnaok. 110 W/(m·K)

Niska temperatura topnienia to kluczowa przewaga ZnAl. Stop odlewa się w temperaturze ok. 410–430°C, czyli o ponad 200°C niżej niż aluminium. Forma mniej się nagrzewa, wolniej zużywa i może pracować na maszynie gorącokomorowej, co skraca cykl.

Zalety odlewów ze stopów ZnAl

  • Precyzja wymiarowa. Odlewy ZnAl osiągają wąskie tolerancje, często bez obróbki skrawaniem.
  • Cienkie ścianki. Dobra lejność pozwala odlewać ścianki poniżej 1 mm i drobne detale, np. napisy lub radełkowanie.
  • Gładka powierzchnia. Odlew dobrze przyjmuje pokrycia galwaniczne i malowanie proszkowe.
  • Trwałość formy. Niska temperatura procesu wydłuża żywotność formy, co obniża koszt detalu w dużych seriach.
  • Wydajność. Odlewanie gorącokomorowe jest szybkie, więc nadaje się do produkcji seryjnej.
  • Recykling. Stop i nadlewy (wlewy, przelewy) w całości nadają się do ponownego przetopienia.

Ograniczenia, o których warto wiedzieć

ZnAl nie jest materiałem do wszystkiego. Przy projektowaniu trzeba wziąć pod uwagę kilka cech:

  • Masa. Stop jest ok. 2,5 raza cięższy od aluminium. Przy dużych elementach to istotna wada.
  • Pełzanie. Pod stałym obciążeniem i w podwyższonej temperaturze ZnAl powoli się odkształca. Nie nadaje się do pracy ciągłej powyżej ok. 100°C.
  • Kruchość w niskich temperaturach. Udarność wyraźnie spada na mrozie, co ma znaczenie przy elementach narażonych na uderzenia.
  • Wielkość detalu. Typowe odlewy ZnAl ważą od kilku gramów do 1–2 kg. W Odlewni MR wykonujemy detale do ok. 1,5 kg.

Porównanie z aluminium, pomocne przy wyborze materiału, znajdziesz w artykule odlewy cynkowe czy aluminiowe.

Gdzie stosuje się odlewy ZnAl?

ZnAl wybiera się tam, gdzie liczy się precyzja, estetyka i powtarzalność przy średnich i dużych seriach. Typowe zastosowania:

  • Stolarka okienna: łączniki słupków stałych, elementy okuć. Odlewnia MR produkuje własne łączniki do systemów PVC.
  • Meble: uchwyty, gałki, złącza i okucia.
  • AGD i elektrotechnika: obudowy, korpusy, elementy mocujące, osłony.
  • Motoryzacja: elementy zamków, klamek, mechanizmów i osprzętu.
  • Górnictwo i przemysł: elementy złączne i osprzęt.

Więcej przykładów opisujemy w artykule zastosowania odlewów ZnAl w branżach.

Normy dotyczące stopów i odlewów cynkowych

Przy zamawianiu odlewów warto znać dwie normy europejskie:

  • PN-EN 1774 określa skład chemiczny stopów cynku w gąskach (wlewkach) do odlewania.
  • PN-EN 12844 dotyczy odlewów ze stopów cynku i podaje ich skład oraz właściwości.

Wpisanie normy i oznaczenia stopu na rysunku ułatwia wycenę i eliminuje niejasności między konstruktorem, zakupami i odlewnią.

Potrzebujesz wyceny odlewu ZnAl? Wyślij rysunek 2D lub model 3D z informacją o rocznej ilości, wymaganym pokryciu i obróbce na adres biuro@odlewniamr.pl albo przez formularz kontaktowy. Odlewnia MR odlewa w Łuczycach pod Krakowem od 1998 roku.

Najczęściej zadawane pytania

Czy ZnAl i ZAMAK to ten sam materiał?

Tak. ZAMAK to nazwa handlowa rodziny stopów cynku z aluminium, a ZnAl to skrót od głównych składników. Pod oboma nazwami kryją się te same stopy, np. ZnAl4 (Zamak 3) i ZnAl4Cu1 (Zamak 5).

Czy odlewy ZnAl rdzewieją?

Stopy cynku nie rdzewieją jak stal, ale w wilgotnym środowisku mogą pokrywać się białym nalotem tlenków. Dlatego odlewy na zewnątrz lub do celów dekoracyjnych zwykle pokrywa się galwanicznie lub maluje proszkowo.

Jaką temperaturę wytrzymuje odlew z ZAMAK-u?

Do pracy ciągłej zaleca się temperatury do ok. 100°C. Wyżej rośnie ryzyko pełzania, czyli powolnego odkształcania się elementu pod obciążeniem.

Ile waży odlew ZnAl w porównaniu z aluminiowym?

Gęstość ZnAl to ok. 6,6–6,7 g/cm³, a aluminium ok. 2,7 g/cm³. Ten sam detal z ZnAl będzie więc około 2,5 raza cięższy.

Czy stop ZnAl nadaje się do recyklingu?

Tak. Stop można wielokrotnie przetapiać. Nadlewy i wlewy z produkcji wracają do pieca, a zużyte odlewy trafiają do skupu metali nieżelaznych.